CN105240959A - 自带全部冷热源且外输冷热水的全空气空调机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自带全部冷热源且外输冷热水的全空气空调机组。冷或热源单元，为机组提供全部的冷量或热量并向机组外输出冷媒和热媒；新风热湿处理单元，利用溶液模块和热回收模块对空气进行降温除湿或加热加湿处理；混风热湿处理单元，利用热交换盘管对空气进行降温或加热处理。冷或热源单元，包括压缩机、膨胀阀以及制冷剂循环管路，本发明可以减小或省却集中的冷/热源设备、外接的散热或取热装置、冷/热源到空调机组或其它空气处理末端之间的输配系统,同时省却新风系统输配能耗，解决集中冷、热源与空调分区之间冷、热量的分配调节困难以实现显著节能。

Description

自带全部冷热源且外输冷热水的全空气空调机组

技术领域

本发明涉及民用与工业项目中的空调机组的技术领域，特别是涉及一种自带全部冷热源且外输冷热水的全空气空调机组。

背景技术

现在我们使用的传统能源正在逐渐走向枯竭，节约能源与减少污染是全球面临的首要问题。

如今我们国家的能源使用方针是开发与节约并举，节约放在首位。伴随着国民经济的快速发展而来的则是人民生活水平的提高，中央环保空调的应用更是日益普及，进而大大改善了人们的生产生活环境，伴随而生的就是能耗问题也在逐渐凸显起来，因此无论是中央空调的开发商，还是对于广大社会消费来讲者，都应该也必须密切关注它在节能问题方面做到的程度，进而在不断完善空调功能的同时注重节能技术的改造创新，以不断降低投资、运行费用和资源损耗，这对于提高我国中央空调节能技术自主创新具有十分重要意义。

1、传统空调能耗现状

由于技术水平有限和节能意识不强，导致空调在各个应用领域中的能耗不断增加，其中以建筑领域最为严重。有关资料显示，我国建筑物能耗占全球能源消耗的38％，而在有中央空调的建筑物中，中央空调的能耗约占总能耗的70％。其中，空调机组电耗约占空调总电耗的50％左右，风机盘管末端设备的电耗约占中央空调总电耗的10-20％。由于大部分建筑的中央空调实际热负载在绝大部分时间内远比设计负载低，且主机、辅机和末端舒适度三者未能实现合理动态调节，导致系统效率低，电能浪费严重，故装有空调的建筑能耗也会逐年增长。

2、传统空调系统的弊病

主要包括：1.传统空调系统，只负责建筑的冷热负荷，不能向外界提供冷或热量，作用单一化。如今人们对日常的生活用水的需求量越来越大，若根据各种不同的冷、热需求分别单独配置设备，投资很高、系统复杂且存在严重的高耗能问题。2.大量占用建筑空间、设备机房，民用建筑、工业项目的实际有效使用面积约为75～85％，其中空调系统占用了8～12％的建筑面积(如集中冷热源机房、空调机房、水管道井、风井等)；3.从冷热源到空调机组，再到末端房间(或工艺处理)，管路连接过长、过复杂，存在建设周期长、成本大、组成复杂、占用一定建筑面积等问题，同时也是导致传统空调能效系数难以有效提升的原因；4.传统中央空调必须包括冷热源、输配系统、空调机组等三大环节，机理上存在设备环节多、运行管理复杂(对运行管理人员技术要求高)等问题。

目前对于多个建筑或工艺区域的空调、热水和冷水需求，由于功能差异、同时需要冷量和热量(性质相反)等原因，常规解决方案采取多套独立的冷热源和空调系统进行解决，因此存在高能耗、大量占用建筑面积、施工周期长和工艺复杂等问题。

发明内容

本发明设计的主要目标，即为解决上述两大问题，一是解决传统空调系统(主要是中央空调系统)的高能耗问题，二是解决传统空调的性能机理缺陷问题，包括不能向外接输出冷热水、过多占用建筑面积、设备环节多导致施工周期长和管理复杂成本高等固有难题，通过设备构架理论的全新研发设计了一种自带全部冷热源且外输冷热水的全空气空调机组，该空调机组可应用于各种不同的气候区域。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种自带全部冷热源且外输冷热水的全空气空调机组，包括冷或热源单元、空气热湿处理单元、冷却或换热单元及冷水或热水制备单元，

所述空气热湿处理单元包括新风热湿处理单元和混风热湿处理单元，

所述冷或热源单元包括压缩机、膨胀阀及制冷剂循环管路，所述制冷剂循环管路包括第一主管路、第二主管路、第三主管路和第四主管路，

第一主管路通过第一制冷剂输入支路与新风热湿处理单元的第一连接端连接，新风热湿处理单元的第一输出端通过第一制冷剂输出支路流入第二主管路与压缩机的输入端连接，

第一主管路通过第二制冷剂输入支路与混风热湿处理单元连接，从混风热湿处理单元流回的制冷剂通过第二制冷剂输出支路流入第二主管路，

第一主管路通过第三制冷剂输入支路与冷水或热水制备单元连接，冷水或热水制备单元通过第三制冷剂输出支路与第二主管路连接，

压缩机的输出端连接第三主管路，第三主管路通过第四制冷剂输入支路与新风热湿处理单元的第二连接端连接，新风热湿处理单元的第二输出端通过第四制冷剂输出支路与第四主管路连接，第四主管路与第一主管路相连通，

第三主管路通过第五制冷剂输入支路与进出机组的冷却或换热系统的输入端连接，进出机组的冷却或换热系统的输出端通过第五制冷剂输出支路与第四主管路连通。

进一步，所述空气热湿处理单元还包括第一制冷或制热装置、第二制冷或制热装置、第三制冷或制热装置、第四制冷或制热装置、第五制冷或制热装置、溶液调湿单元、溶液再生单元以及循环管路，

所述第一制冷或制热装置位于新风热湿处理单元的第一连接端上，第一制冷或制热装置与溶液调湿单元流出的盐溶液连接，第四制冷或制热装置位于新风热湿处理单元的第二连接端上，并且与溶液再生单元中流出的盐溶液连接，第三制冷或制热装置与冷水或热水制备单元连接，第五制冷或制热装置与进出机组的冷却或换热单元相连接。

进一步，所述溶液调湿单元包括调湿换热芯体和溶液循环泵，溶液再生单元包括再生换热芯体、溶液循环泵和补水阀，调湿换热芯体和再生换热芯体之间还设置一套溶液质交换循环管路和热回收板式换热器。

进一步，所述制冷剂循环管路上设有多个电动调节阀，第一制冷或制热装置、第二制冷或制热装置、第三制冷或制热装置、第四制冷或制热装置及第五制冷或制热装置均依靠电动调节阀来调节各自分配的制冷剂的流量。

进一步，所述空气热湿处理单元还包括热回收单元，所述热回收单元由两个气液直接接触上热湿交换芯体、下热湿交换芯体以及与之配套的溶液循环管路形成，溶液循环管路上设有溶液循环泵，所述热回收单元可根据热回收效率的需要设置一组或者多组。

再进一步，所述热回收单元是转轮热回收模块、板式换热回收模块、热管式热回收模块、溶液式热回收模块中的任意一种或组合。

与现有的全空气空调机组相比，本发明优势如下：

1.本发明设计的一种自带全部冷热源且外输冷热水的全空气空调机组，整个空调系统只需要自带全部冷热源且外输冷热水的全空气空调机组、冷却塔即可，而传统的全空气空调系统，必须包含冷和热源设备、冷却塔、冷和热水输配系统、全空气空调机组等设备。基于本发明提出的空调系统大为简化，机房占用面积减小，可节约3％左右的建筑面积。

2.显著降低工程造价。与传统的全空气空调系统相比，可省却冷和热源机房、冷和热源机房到末端空调机组之间的输送管路，因此可降低土建造价1.5-3％，降低空调系统造价2-3％。

3.高效节能。无需冷和热源机房到末端空调机组之间的输配系统，外输冷水或热水就近输送，能耗可降低15％以上。

4.施工安装简便快捷。与传统的全空气空调系统相比，可省却冷和热源机房、输配系统及冷和热源机房到末端空调机组之间的输送管路，空调系统简化，施工和安装简便快捷。

5.由于采用盐溶液作为工作介质，其处理湿负荷的原理决定其湿度控制较常规空调处理湿度精确很多，且此装置为温湿度独立处理，故其送风温度、湿度较常规空调更加精准。

6.外输冷水或热水。与传统的全空气空调系统相比，可向机组外输出冷水或热水，可以用于生活其他区域，如生活热水等，可省却热水加热器等生活家电，如就近小空间区域所需的冷冻水，可省却集中冷源及配套输配系统。

7.简化空调控制系统和楼宇自控系统。对于空调控制系统而言，由于只需要对本发明所述“全空气空调机组”、冷却塔进行集中管理与控制，空调的控制系统大为简化。而传统的全空气空调系统必须对冷和热源设备、冷却塔、循环泵、分集水器和管路、全空气空调机组等进行控制，复杂程度大大高于前者。

总结本技术发明的最主要特点：将制冷或制热装置集成到基于溶液方式的全空气空调机组中，由空调机组承担全部的空气处理所需冷和热，且能同时对外输出冷水或热水。相比于传统的中央空调系统，省却了冷或热源设备、冷或热源机房、冷或热源到末端空调机组之间的输配系统，同时全部省却空调系统的冷水和热水输配能耗，解决集中冷、热源与空调分区之间冷、热量的分配调节困难以实现显著节能。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的自带全部冷热源且外输冷热水的全空气空调机组，包括冷或热源单元、空气热湿处理单元、冷却或换热单元、冷水或热水制备单元及外输冷热水单元。

所述冷或热源单元，用于为处理空气热湿负荷提供全部的冷量或热量，并向机组外输出冷水或热水；

空气热湿处理单元包括新风热湿处理单元和混风热湿处理单元，所述新风热湿处理单元，利用溶液式空调技术能对新风进行降温、除湿、加热、加湿处理，新风热湿处理单元由溶液式的冷却除湿或加热加湿模块和再生模块组成；所述混风热湿处理单元，能对回风和新风的混风进行降温、除湿、加热处理；

所述冷或热源单元，如图1所示，包括压缩机1、膨胀阀3以及制冷剂循环管路，制冷剂循环管路包括第一主管路21、第二主管路22、第三主管路23和第四主管路24，第一主管路通过第一制冷剂输入支路31与新风热湿处理单元连接，新风热湿处理单元通过第二主管路与压缩机的输入端连接；第二制冷剂输入支路32与混风热湿处理单元连接，从混风热湿处理单元流回的制冷剂通过第二制冷剂输出支路37流入第二主管路；第一主管路通过第三制冷剂输入支路33与冷水或热水制备单元连接，冷水或热水制备单元通过第三制冷剂输出支路38与第二主管路连接；

压缩机的输出端连接第三主管路，第三主管路通过第四制冷剂输入支路34与新风热湿处理单元的第二连接端连接，新风热湿处理单元的第二输出端通过第四制冷剂输出支路39与第四主管路连接，第四主管路与第一主管路相连通；第三主管路通过第五制冷剂输入支路35与进出机组的冷却或换热系统的输入端连接，进出机组的冷却或换热系统的输出端通过第五制冷剂输出支路40与第四主管路连通。

所述新风热湿处理单元是基于溶液式空气处理技术的降温、除湿、加热、加湿模块和再生模块。所述混风热湿处理单元是基于表冷式空气处理技术的降温、除湿、表面换热式加热等空气温度、湿度处理的模块。

所述空气热湿处理单元包括第一制冷或制热装置401、第二制冷或制热装置402、溶液调湿单元、溶液再生单元以及循环管路；第一制冷或制热装置位于新风热湿处理单元的第一连接端上，第一制冷或制热装置与溶液调湿单元中流出的盐溶液连接；第二制冷或制热装置与混风进行接触，用于冷却、除湿、加热进出机组的混风。

空气热湿处理单元还包括第三制冷或制热装置403、第四制冷或制热装置404和第五制冷或制热装置405，第三制冷或制热装置即为冷或热水制备装置，并且与进出机组的冷热水连接。第四制冷或制热装置位于新风热湿处理单元的第二连接端上，并且与溶液再生单元中的盐溶液连接，第五制冷或制热装置与进出机组的冷却或换热单连接。

所述制冷剂循环管路上设有多个电动调节阀11，第一制冷或制热装置和第二制冷或制热装置、第三制冷或制热装置、第四制冷或制热装置及外输冷水单元均依靠电动调节阀11来调节各自分配的制冷剂的流量。

所述的空气热湿处理单元还包括热回收单元，所述热回收单元是转轮热回收模块、板式换热回收模块、热管式热回收模块、溶液式热回收模块中的任意一种或组合。

在一个实施例中，如图1所示，本发明的自带全部冷热源且外输冷热水的全空气空调机组，包括用于为处理空气热湿负荷提供全部的冷量或热量且同时向机组外输出冷水或热水的冷或热源单元、能对空气进行降温、除湿处理或加热、加湿处理的空气热湿处理单元、冷却或换热单元、冷水或热水制备单元及外输冷热水单元。

所述空气热湿处理单元包括新风热湿处理单元和混风热湿处理单元。

所述新风热湿处理单元是基于溶液式空气处理技术的冷却除湿、加热加湿模块和再生模块。混风热湿处理单元由基于表冷式空气处理技术的降温、除湿、表面换热式加热等空气温度、湿度处理的模块与模块组合。所述混风热湿处理单元由冷冻式的降温、除湿或加热盘管组成。

如图1所示，所述冷或热源单元包括压缩机1、膨胀阀3以及制冷剂循环管路，所述制冷剂循环管路包括第一主管路21、第二主管路22、第三主管路23和第四主管路24，所述第一主管路通过第一制冷剂输入支路31与新风热湿处理单元的第一连接端连接，新风热湿处理单元的第一输出端通过第一制冷剂输出支路36流入第二主管路与压缩机的输入端连接，所述第一主管路通过第二制冷剂输入支路32与混风热湿处理单元连接，从混风热湿处理单元流回的制冷剂通过第二制冷剂输出支路37流入第二主管路，所述第一主管路通过第三制冷剂输入支路33与冷水或热水制备单元连接，冷水或热水制备单元通过第三制冷剂输出支路38与第二主管路连接。

压缩机的输出端连接第三主管路，第三主管路通过第四制冷剂输入支路34与新风热湿处理单元的第二连接端连接，新风热湿处理单元的第二输出端通过第四制冷剂输出支路39与第四主管路连接，第四主管路与第一主管路相连通；第三主管路通过第五制冷剂输入支路35与进出机组的冷却或换热单元的输入端连接，进出机组的冷却或换热单元的输出端通过第五制冷剂输出支路40与第四主管路连通。

空气热湿处理单元还包括第一制冷或制热装置401、第二制冷或制热装置402、溶液调湿单元、溶液再生单元以及循环管路；第一制冷或制热装置位于新风热湿处理单元的第一连接端上，第一制冷或制热装置401与溶液调湿单元的调湿换热芯体8中流出的盐溶液连接，用于冷却或加热盐溶液以增强其除湿或加湿能力。第四制冷或制热装置位于新风热湿处理单元的第二连接端上，并且与溶液再生单元中的再生换热芯体9中流出的盐溶液连接，用于加热或冷却盐溶液以增强其再生能力；第五制冷或制热装置405与进出机组的冷却或换热单元连接，与其进行换热，从而散掉冷凝器的热量或从中吸取热量，第二制冷或制热装置402用于对混风进行热湿处理。

用于溶液-制冷剂换热的第一制冷或制热装置401和通入第二制冷或制热装置402的冷媒系统依靠电动调节阀11来调节各自分配的制冷剂的流量。

用于溶液-制冷剂换热的第四制冷或制热装置404和用于散热或取热系统-制冷剂换热的第五制冷或制热装置405依靠电动调节阀11来调节各自分配的制冷剂的流量。

冷或热源单元可以根据需要设置多组，第一制冷或制热装置401、第二制冷或制热装置402、第三制冷或制热装置403、第四制冷或制热装置404、第五制冷或制热装置405，需要根据调湿单元、以制冷剂为载体的冷水或热水制备单元、溶液再生单元、冷却或换热单元、新风热湿处理单元、混风热湿处理单元的数量与之逐一匹配，而压缩机1和膨胀阀3则可以根据需要设置1个或多个。

溶液调湿单元由调湿换热芯体8、溶液循环泵51组成，溶液再生单元由再生换热芯体9、溶液循环泵52、补水阀10组成，补水阀10的作用是向再生单元补水以控制溶液的浓度。此外，调湿换热芯体8和再生换热芯体9之间还有一套溶液质交换循环管路和热回收板式换热器6，热回收板式换热器6用于减少调湿换热芯体8与再生换热芯体9之间因溶液温度不同而造成的不可逆损失；溶液调湿单元、溶液再生单元及其溶液质交换循环管路可以根据除湿或加湿量的需要设置一组或多组。

空气热湿处理单元还包括热回收单元，热回收单元由两个气液直接接触上热湿交换芯体71、下热湿交换芯体72以及与之配套的溶液循环管路形成，溶液循环管路上设有溶液循环泵53，这种热回收单元可根据热回收效率的需要设置一组或者多组。

本实施方式的机组在运行时空气和溶液的流程如下：盐溶液首先被溶液循环泵输送到上热湿交换芯体71中，与进入再生换热芯体的排风进行热质交换，吸收排风的冷量或热量之后再通过溶液管道流入下热湿交换芯体72中，与进入该调湿换热芯体的新风进行热质交换，对新风进行预冷、预除湿或预热、预加湿；经过预处理的新风进入溶液调湿单元的调湿换热芯体8中，而调湿换热芯体8中流出的浓度较高或较低的盐溶液经过第一制冷或制热装置401降温或加热后，在调湿换热芯体8中与新风进行热质交换，新风被深度除湿、降温或加热、加湿后与回风混合，再进入混风热湿处理单元，与混风热湿处理单元接触后，混风被降温、除湿或加热，最后送入室内；吸收新风中水分或释放水分后的盐溶液浓度降低或升高，通过溶液质交换循环管路进入溶液再生单元再生换热芯体9中，而从溶液再生单元再生换热芯体9中流出的浓度较低或较高的盐溶液经过第三制冷或制热装置403加热或冷却后，在溶液再生单元再生换热芯体9中与排风进行热质交换，盐溶液中的水分和热量进入排风中或溶液吸收排风中的水分和热量，溶液的浓度升高或降低，然后再通过溶液质交换管路流入溶液调湿单元的调湿换热芯体8，并与从调湿换热芯体8流入溶液再生单元再生换热芯体9中的稀或浓溶液通过板式换热器6进行热量回收。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种自带全部冷热源且外输冷热水的全空气空调机组，其特征在于：包括冷或热源单元、空气热湿处理单元、冷却或换热单元及冷水或热水制备单元，

所述空气热湿处理单元包括新风热湿处理单元和混风热湿处理单元，

所述冷或热源单元包括压缩机(1)、膨胀阀(3)及制冷剂循环管路，所述制冷剂循环管路包括第一主管路(21)、第二主管路(22)、第三主管路(23)和第四主管路(24)，

第一主管路通过第一制冷剂输入支路(31)与新风热湿处理单元的第一连接端连接，新风热湿处理单元的第一输出端通过第一制冷剂输出支路(36)流入第二主管路与压缩机的输入端连接，

第一主管路通过第二制冷剂输入支路(32)与混风热湿处理单元连接，从混风热湿处理单元流回的制冷剂通过第二制冷剂输出支路(37)流入第二主管路，

第一主管路通过第三制冷剂输入支路(33)与冷水或热水制备单元连接，冷水或热水制备单元通过第三制冷剂输出支路(38)与第二主管路连接，

压缩机的输出端连接第三主管路，第三主管路通过第四制冷剂输入支路(34)与新风热湿处理单元的第二连接端连接，新风热湿处理单元的第二输出端通过第四制冷剂输出支路(39)与第四主管路连接，第四主管路与第一主管路相连通，

第三主管路通过第五制冷剂输入支路(35)与进出机组的冷却或换热系统的输入端连接，进出机组的冷却或换热系统的输出端通过第五制冷剂输出支路(40)与第四主管路连通。

2.根据权利要求1所述的自带全部冷热源且外输冷热水的全空气空调机组，其特征在于：所述空气热湿处理单元还包括第一制冷或制热装置(401)、第二制冷或制热装置(402)、第三制冷或制热装置(403)、第四制冷或制热装置(404)、第五制冷或制热装置(405)、溶液调湿单元、溶液再生单元以及循环管路，

所述第一制冷或制热装置(401)位于新风热湿处理单元的第一连接端上，第一制冷或制热装置与溶液调湿单元流出的盐溶液连接，第四制冷或制热装置(404)位于新风热湿处理单元的第二连接端上，并且与溶液再生单元中流出的盐溶液连接，第三制冷或制热装置(403)与冷水或热水制备单元连接，第五制冷或制热装置(405)与进出机组的冷却或换热单元相连接。

3.根据权利要求2所述的自带全部冷热源且外输冷热水的全空气空调机组，其特征在于：所述溶液调湿单元包括调湿换热芯体(8)和溶液循环泵51，溶液再生单元包括再生换热芯体(9)、溶液循环泵(52)和补水阀(10)，调湿换热芯体(8)和再生换热芯体(9)之间还设置一套溶液质交换循环管路和热回收板式换热器(6)。

4.根据权利要求2或3所述的自带全部冷热源且外输冷热水的全空气空调机组，其特征在于：所述制冷剂循环管路上设有多个电动调节阀(11)，第一制冷或制热装置、第二制冷或制热装置、第三制冷或制热装置、第四制冷或制热装置及第五制冷或制热装置均依靠电动调节阀(11)来调节各自分配的制冷剂的流量。

5.根据权利要求4所述的自带全部冷热源且外输冷热水的全空气空调机组，其特征在于：所述空气热湿处理单元还包括热回收单元，所述热回收单元由两个气液直接接触上热湿交换芯体(71)、下热湿交换芯体(72)以及与之配套的溶液循环管路形成，溶液循环管路上设有溶液循环泵(53)，所述热回收单元可根据热回收效率的需要设置一组或者多组。

6.根据权利要求5所述的自带全部冷热源且外输冷热水的全空气空调机组，其特征在于：所述热回收单元是转轮热回收模块、板式换热回收模块、热管式热回收模块、溶液式热回收模块中的任意一种或组合。